粉末冶金烧结炉

 

粉末冶金烧结炉是一种利用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料,经过成形和烧结制成金属或合金零部件的热处理设备。主要用于压制成形的铁基、铜基及其它相关粉末冶金制品。类型烧结炉主要是电炉。

粉末冶金烧结炉

烧结电炉分为电阻烧结炉和感应烧结炉两大类,电阻烧结炉使用较多。电阻烧结炉是通过电热元件将电能转变为热能用来进行烧结的电炉;感应烧结炉是利用电磁感应在金属内激励出电流使其加热的电炉。

按炉内使用气氛和真空度,电阻烧结炉分为普通气氛电阻烧结炉和真空电阻烧结炉,感应烧结炉亦可分为普通气氛感应烧结炉和真空感应烧结炉;按炉子结构型式,电阻烧结炉分为竖式电阻烧结炉和卧式电阻烧结炉,感应烧结炉亦可分为竖式感应烧结炉和卧式感应烧结炉;按作业性质,电阻烧结炉分为间断式电阻烧结炉和连续式电阻烧结炉,感应烧结炉亦可分为间断式感应烧结炉和连续式感应烧结炉。此外,感应烧结炉按使用的频率,可分为中频感应烧结炉(500Hz-10kHz)和高频感应烧结炉(70~200kHz)。

按加热方式,电阻烧结炉又分为间接加热式电阻烧结炉和直接加热式电阻烧结炉。间接加热式电阻烧结炉是指电流通过电热元件发出热量,借辐射传热使炉膛温度升高从而将制品加热;直接加热式电阻烧结炉是指电流由电源通过接头直接流过被加热制品使其加热,例如,用于钨、钼、钽和铌等难熔金属高温烧结的高温垂熔炉便是一种典型的直接加热式电阻烧结炉。

烧结时需要使用压力而有加压烧结炉,这种炉子主要用于薄层制品如粉末冶金摩擦片的烧结,钟罩炉便是一种典型的加压烧结炉。

电热元件电阻烧结炉的电热元件分为金属电热元件和非金属电热元件两大类。金属电热元件有纯金属和合金两种。纯金属电热元件有:铂(最高使用温度1400℃)、钼(最高使用温度1600℃)、钨(最高使用温度21()()~2500℃)、钽(最高使用温度2500℃等);合金电热元件有:镍铬系(最高使用温度1050~1100℃)、铁铬铝系(最高使用温度1300~1400℃)。非金属电热元件有:碳化硅(最高使用温度1450℃)、硅化钼(最高使用温度1700℃)、石墨(最高使用温度:3000℃)等。

利用金属和合金作电热元件的电阻烧结炉,根据电热元件的材质和形状,可分为钼丝炉、钨丝炉、钨棒炉、钼片炉、钽片炉、镍铬丝炉和铁铬铝丝炉等。其中最有代表性的是钼丝炉,应用也较广泛。钼丝烧结炉的结构示意图如图1所示,工作温度1500℃,常用来烧结粉末冶金材料和制品,特别是烧结硬质合金。如果需要使用真空,便可制成真空钼丝炉、真空钨棒炉等。

利用非金属作电热元件的电阻烧结炉,根据电热元件的材质和形状,可分为碳化硅棒炉、碳管炉、炭布炉等。碳化硅棒炉的工作温度为13001℃,常用来烧结粉末冶金铁基制吊;炭布炉的工作温度为1300~1600℃,常用来烧结硬质台金;碳管炉的工作温度为1200~1800℃,主要用作碳化,有时也可用作烧结炉。碳管炉的结构示意图如图2所示。如果需要使用真空,则可制成真空碳管炉。

发展为了提高生产效率和保证产品质量,在粉末冶金铁基制品的烧结中,发展了金属网带传送式烧结炉和步进梁式烧结炉。金属网带传送式烧结炉的电热元件,低温段用镍铬丝,高温段用碳化硅棒,工作温度可达1300℃。在高温段也有用高温铁铬铝钴合金丝作电热元件的,步进梁式烧结炉的电热元件,低温段用0Cr25Al5铁铬铝丝,高温段用钼丝或高温铁铬铝钴合金丝,也有用碳化硅棒的。

为了提高硬质合金的性能,在硬质合金烧结中,20世纪80年代发展了低压热等静压真空烧结装置,把脱蜡、烧结、热等静压(低压)集中于一套设备内。

对于钛、铌、钽、锆和反应堆用金属材料的热处理以及对于需要在洁净环境中进行金属材料的退火者,需要在高真空中进行。20世纪70年代发展了一种连续式电子束退火炉。